摘要
Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr钛合金，美国命名Ti-17，我们国家的分类牌号为TC17，此钛合金是美国通用公司于20世纪70年代研制出来的一种高强钛合金，主要为用来制备先进的GE发动机。TC17作为一种富β稳定元素的两相钛合金，具有高强度、高韧性、高淬透性的特点，故又被称之为“三高”型合金。TC17钛合金常常用在温度低于500℃环境下工作，并且表现出优异的力学性能，因而主要应用于制造发动机风扇，压气机盘件等航空用关键零部件。为了研究不同成形工艺试件的力学各向异性现象，本文通过在较大的成形工艺窗口内进行预试验，之后通过选定的激光直接沉积和点式锻造激光沉积成形工艺参数成形TC17钛合金厚壁件，探究传统激光直接沉积和连续的点式锻造激光沉积工艺对成形件显微组织和拉伸性能的影响，分析了退火、固溶、时效热处理对点式锻造激光沉积试样显微组织特征演变和力学性能变化的原因。实验结果如下： 传统激光快速成形试件组织呈定向外延生长的粗大柱状晶形貌，内部由初生α板条和β转变组织组成极其细小的网篮状组织。在XOZ面可以观察到平行于基板的层带组织形貌，这与激光成形过程中复杂的受热历史有关。单向拉伸试验数据表明力学性能在两个方向上存在着明显的各向异性。在沿沉积高度方向(L向)呈高强高塑，原始态平均拉伸强度在1190MPa左右，延伸率在11.5%左右；在垂直于沉积高度方向(T向)呈低强低塑，原始态平均拉伸强度在1150MPa，延伸率在5%左右。经过后续合适的热处理工艺可以改善材料的综合性能，降低沉积件的各向异性。 点式锻造激光沉积试件组织为均匀分布的等轴晶粒形貌，内部同样由极其细小的α板条和β转变组织组成网篮组织，同时在某些区域组织中含有一定数量的细小等轴初生α相。与传统激光快速成形一样，连续的点式锻造激光沉积同样存在层带形貌。单向拉伸试验结果显示在两个方向上力学性能强度方面相差不大，数值都在1200MPa左右，延伸率L向最大值在12%左右，T向则在9%左右。 同时对两种成形工艺的沉积件进行热处理，试验结果表明传统的激光快速成形沉积试样可以通过锻件钛合金的热处理工艺来改善材料的力学性能。经固溶时效后，材料的强度和塑性可以得到良好的匹配，且均满足钛合金的使用标准。所以本文中对激光直接沉积的钛合金只做试验，验证了热处理改善其力学性能的可行性。而试验中点式锻造激光沉积试件则不适用熟知的锻件热处理工艺，因此主要对点式锻造激光沉积TC17钛合金热处理工艺进行探究，结果表明只有在中温α+β两相区内短时间的退火可以达到改善材料性能的目的。其他热处理工艺会存在强度显著提高而塑性极差的现象。
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